路基高填方病害工程監(jiān)測方案研究

韋暢明,王圣龍,朱 皓,韓琳琳

(1.廣西六賓高速公路建設(shè)發(fā)展有限公司,廣西 南寧 530400;2.廣西交通設(shè)計集團有限公司,廣西 南寧 530029)

0 引言

近年來,隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的興起,自動化監(jiān)測已經(jīng)發(fā)展成為公路邊坡穩(wěn)定性判斷、實時災(zāi)害預(yù)警的手段[1]。其通過選取典型邊坡,埋設(shè)遠程監(jiān)測設(shè)施,實現(xiàn)自動化遠程實時收集邊坡變形數(shù)據(jù)[2-3]。與傳統(tǒng)監(jiān)測手段相比,自動化監(jiān)測具有數(shù)據(jù)采集全面、自動化程度高、分析準(zhǔn)確等明顯優(yōu)勢,可以準(zhǔn)確判斷邊坡滑動面深度、邊坡穩(wěn)定狀態(tài),進而推測邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)[4-5]。對于邊坡處治,通過自動化監(jiān)測,可以精準(zhǔn)判斷滑動面深度,進而準(zhǔn)確地計算滑坡推力,針對性地設(shè)計邊坡處治方案,對于邊坡災(zāi)害的處治具有非常重要的意義[6-7]。

本文以某高速公路陡坡填方路基為例,選取典型邊坡,采用自動化監(jiān)測技術(shù)對其進行全過程監(jiān)測。通過分析深層位移監(jiān)測結(jié)果,推斷出滑動面深度,為后期邊坡處治方案提供了精準(zhǔn)的設(shè)計數(shù)據(jù)。

1 工程概況

1.1 工程背景

某高速公路填方路基屬陡坡填方路基,路中心線最大填方高度約為17.463 m,填方坡腳到路面高度約為52.791 m,原地面橫坡坡率陡于1∶2.5。路基分三級填筑,底部第一級填筑坡比為1∶2,第二級填筑坡比為1∶1.75,第三級填筑坡比為1∶1.5。設(shè)計防護形式為拱形骨架+客土噴播+衡重式護腳墻,采用分層分段填筑。

該路基于2020年8月開始填筑施工,沿原斜坡面按臺階式開挖,采用分層碾壓回填,填料主要為碎石土,填筑坡比、高度與設(shè)計基本相符,于2021年3月完成路床基本填筑,隨后開始格梁施工及坡面綠化。

1.2 路基病害發(fā)展情況

初步變形階段(2021年7～8月):2021年7月,受持續(xù)降雨影響,該填方路基坡腳擋土墻和拱形骨架有前傾位移的跡象,現(xiàn)場查看坡腳擋墻前傾錯臺約為10～20 cm,部分拱架連接處已開裂破壞,拱形骨架坡腳多處滲水。2021年8月,坡腳擋墻前傾錯臺已擴大至50 cm,填方整體下沉,拱形骨架連接處基本處于開裂、懸空狀態(tài),路面區(qū)域出現(xiàn)拉張裂縫,填方邊坡有向下滑塌的趨勢。

急劇變形階段(2021年10～12月):為了防止邊坡滑塌進一步發(fā)展,施工方于2021-08-05開始對坡腳進行堆載反壓施,2021-10-08,坡腳堆載反壓施工完成。但填方路基仍繼續(xù)惡化,坡面新增多條裂縫,原有裂縫寬度增大,拱形骨架扭曲變形嚴(yán)重。

滑動破壞階段(2022年1～3月):2022年1月下旬,填方路基仍繼續(xù)惡化,滑塌區(qū)域向后方擴大,后緣已出現(xiàn)拉張裂縫,局部形成拉張錯臺,嚴(yán)重威脅路面及梁場安全,梁場受此影響已部分拆除。

處治施工階段(2022年4～8月):2022年3月末,病害路基正式開展處治施工,施工期間后緣無明顯新增裂縫,說明滑坡區(qū)域未繼續(xù)發(fā)展擴大。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

針對項目的基本情況與監(jiān)測目的,本次監(jiān)測擬采用全自動監(jiān)測技術(shù)手段為主,結(jié)合人工巡視的方法,監(jiān)測內(nèi)容與監(jiān)測方法如表1所示。

表1 監(jiān)測內(nèi)容與監(jiān)測方法分析表

2.2 監(jiān)測點布置

根據(jù)填方路基的滑動及可能出現(xiàn)危險的情況,共布設(shè)3條監(jiān)測斷面,以監(jiān)測線為主形成監(jiān)測網(wǎng),并開展地表巡查等手段補充監(jiān)測資料。監(jiān)測網(wǎng)主要由5個深層位移監(jiān)測點和11個地表位移監(jiān)測點構(gòu)成,施工處治期監(jiān)測點布置根據(jù)施工情況動態(tài)調(diào)整,兩個不同階段的監(jiān)測點布置如圖1、圖2所示。

圖1 監(jiān)測點布置示意圖(急劇變形及滑動破壞階段)

圖2 監(jiān)測點布置示意圖(處治施工階段)

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 深部位移監(jiān)測

3.1.1 深部位移監(jiān)測成果

據(jù)深部位移監(jiān)測成果,繪制累積位移-深度-時間曲線圖,如圖3所示。根據(jù)圖3可知,測點2-CX1、2-CX2累積位移-深度-時間曲線緊貼于初始豎軸或在豎軸兩側(cè)無規(guī)律小幅波動,無明顯滑動面;測點2-CX3、2-CX4累積位移-深度-時間曲線均在-19.00 m深處出現(xiàn)明顯拐點,且拐點曲線以上部分向外側(cè)鼓出后平行于鉆孔延伸至孔口,說明拐點處為滑面位置。

(a)2-CX1

3.1.2 深部位移監(jiān)測成果分析

3.1.2.1 急劇變形～滑動破壞階段(2021年10月～2022年3月)

該階段由于滑動區(qū)域內(nèi)的深部位移監(jiān)測點2-CX3、2-CX4于短時間內(nèi)峰值累積位移分別達到410.2 mm和504.55 mm,已超過設(shè)備極限值,致使儀器失效。儀器失效前測得峰值深度變形速率為72.08～140.77 mm/d,監(jiān)測斷面綜合分析圖詳見圖4。盡管滑動區(qū)域內(nèi)的深部位移監(jiān)測點已失效,但根據(jù)其失效前的監(jiān)測數(shù)據(jù)和該階段地表位移監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,路基深部位移始終維持在50～200 mm的極高速變形速率,路基已經(jīng)處于滑動狀態(tài)。

圖4 典型監(jiān)測斷面綜合分析曲線圖

3.1.2.2 處治施工階段(2022年4～8月)

該階段病害路基正在處治施工中,處治施工區(qū)域內(nèi)測點均已拆除,后緣深部位移監(jiān)測點2-CX1、2-CX2無明顯變形,路基處治施工區(qū)后緣深部位移維持較穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 地表位移監(jiān)測

3.2.1 地表位移監(jiān)測成果

各監(jiān)測階段的地表位移監(jiān)測成果詳見表2,典型的地表累積位移-時間曲線見圖5。

(a)1-GNSS1(急劇變形階段)

表2 地表位移監(jiān)測統(tǒng)計表(2021-10-25至2022-08-31)

3.2.2 地表位移監(jiān)測成果分析

3.2.2.1 急劇變形階段(2021年10～12月)

該階段核心變形區(qū)監(jiān)測點(2-GNSS2、2-GNSS3、2-GNSS4、3-GNSS2、3-GNSS3)平面位移速率為59.03～67.38 mm/d,垂直位移速率為-12.68～-25.16 mm/d;非核心變形區(qū)監(jiān)測點(1-GNSS2)平面位移速率為12.70 mm/d,垂直位移速率為-3.64 mm/d;后緣未影響區(qū)監(jiān)測點(1-GNSS1、2-GNSS1、3-GNSS1)暫無明顯位移,滑坡體處于高速滑移狀態(tài),滑動變形尚未牽引至后緣區(qū)域。

3.2.2.2 滑動破壞階段(2022年1～3月)

該階段核心變形區(qū)監(jiān)測點(2-GNSS2、2-GNSS3、2-GNSS4、3-GNSS2、3-GNSS3)平面位移速率為120.99～137.79 mm/d(提速至上一階段的198%～242%),垂直位移速率為-25.56～-45.77 mm/d(提速至上一階段的165%～250%);非核心變形區(qū)監(jiān)測點(1-GNSS2)平面位移速率為11.83 mm/d(與上一階段基本持平),垂直位移速率為-4.06 mm/d(與上一階段基本持平);后緣影響區(qū)監(jiān)測點(3-GNSS1)平面位移速率為60.39 mm/d(上一階段無明顯位移),垂直位移速率為-126.09 mm/d(上一階段無明顯位移);后緣未影響區(qū)監(jiān)測點(1-GNSS1、2-GNSS1)暫無明顯位移。該階段滑坡體處于極高速滑移狀態(tài),滑移速率較上一階段大幅增長,且滑動變形范圍已向后方牽引擴大。

3.2.2.3 處治施工階段(2022年4～8月)

該階段填方路基路面及后緣區(qū)域各地表位移監(jiān)測點平面位移速率為0～0.09 mm/d,垂直位移速率為0～-0.06 mm/d,坡腳區(qū)域地表位移監(jiān)測點3-GNSS3平面位移速率為0.25 mm/d,垂直位移速率為-0.06 mm/d。本階段填方路基路面及后緣區(qū)域整體維持較穩(wěn)定狀態(tài),坡腳區(qū)域處于蠕動變形狀態(tài)。

4 結(jié)語

(1)急劇變形階段(2021年10～12月):拱形骨架扭曲變形嚴(yán)重,滑坡后緣未見拉張裂縫,深部位移監(jiān)測點于短時間內(nèi)被剪斷(剪斷前峰值速率為72.08～140.77 mm/d)。核心變形區(qū)地表位移監(jiān)測點平面位移速率為59.03～67.38 mm/d,垂直位移速率為-12.68～-25.16 mm/d。滑坡體處于高速滑移狀態(tài),滑坡范圍暫未向后方擴大。

(2)滑動破壞階段(2022年1～3月):滑坡后緣已出現(xiàn)拉張裂縫(錯臺)。核心變形區(qū)地表位移監(jiān)測點平面位移速率為120.99 ～137.79 mm/d(提速至上一階段的198%～242%),垂直位移速率為-25.56～-45.77 mm/d(提速至上一階段的165%～250%)?；麦w處于極高速滑移狀態(tài),滑移速率較上一階段大幅增長,且滑動變形范圍已向后方牽引擴大。

(3)處治施工階段(2022年4～8月):填方路基路面及后緣區(qū)域在處治施工過程中整體維持較穩(wěn)定狀態(tài),但坡腳區(qū)域處于蠕動變形狀態(tài)。

(4)完成治理施工后,邊坡形成新的工況條件,目前坡腳處仍有蠕動變形現(xiàn)象,預(yù)警等級為黃色警示級。建議增加地表觀位移監(jiān)測點及監(jiān)測斷面,相關(guān)方應(yīng)在現(xiàn)場做好警示標(biāo)志并定期進行巡查,發(fā)現(xiàn)新增裂縫等異常情況及時上報。